LinkedList源码解析
1.简介
- LinkedList，其底层采用的双向链表结构。和 ArrayList 一样，LinkedList 也支持空值和重复值。
- 由于 LinkedList 基于链表实现，存储元素过程中，无需像 ArrayList 那样进行扩容。但有得必有失，LinkedList 存储元素的节点需要额外的空间存储前驱和后继的引用。
- 另一方面，LinkedList 在链表头部和尾部插入效率比较高，但在指定位置进行插入时，效率一般。原因是，在指定位置插入需要定位到该位置处的节点，此操作的时间复杂度为O(N)。
- 最后，LinkedList 是非线程安全的集合类，并发环境下，多个线程同时操作 LinkedList，会引发不可预知的错误。
- LinkedList 继承自 AbstractSequentialList，从实现上，AbstractSequentialList 提供了一套基于顺序访问的接口。通过继承此类，子类仅需实现部分代码即可拥有完整的一套访问某种序列表（比如链表）的接口。AbstractSequentialList 提供的方法基本上都是通过 ListIterator 实现的：
public E get(int index) {
try {
return listIterator(index).next();
} catch (NoSuchElementException exc) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
}
}
public void add(int index, E element) {
try {
listIterator(index).add(element);
} catch (NoSuchElementException exc) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
}
}
// 留给子类实现
public abstract ListIterator<E> listIterator(int index);- 所以只要继承类实现了 listIterator 方法，它不需要再额外实现什么即可使用。对于随机访问集合类一般建议继承 AbstractList 而不是 AbstractSequentialList。LinkedList 和其父类一样，也是基于顺序访问。所以 LinkedList 继承了 AbstractSequentialList，但 LinkedList 并没有直接使用父类的方法，而是重新实现了一套的方法。
- 另外，LinkedList 还实现了 Deque (double ended queue)，Deque 又继承自 Queue 接口。这样 LinkedList 就具备了队列的功能。比如，我们可以这样使用：
Queue<T> queue = new LinkedList<>();
- 除此之外，我们基于 LinkedList 还可以实现一些其他的数据结构，比如栈，以此来替换 Java 集合框架中的 Stack 类
2.get()方法
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
Node<E> node(int index) {
//查找位置 index 如果小于节点数量的一半
//则从头节点开始查找，否则从尾节点查找
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
// 循环向后查找，直至 i == index
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}- 通过遍历的方式定位目标位置的节点。获取到节点后，取出节点存储的值返回即可。
- 这里面有个小优化，即通过比较 index 与节点数量 size/2 的大小，决定从头结点还是尾节点进行查找。
3.listIterator()方法 - 遍历
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
private class ListItr implements ListIterator<E> {
private Node<E> lastReturned;
private Node<E> next;
private int nextIndex;
private int expectedModCount = modCount;
//构造方法将next引用指向指定位置的节点
ListItr(int index) {
next = (index == size) ? null : node(index);
nextIndex = index;
}
public boolean hasNext() {
return nextIndex < size;
}
public E next() {
checkForComodification();
if (!hasNext())
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next;
next = next.next; // 调用next()方法后，next引用都会指向他的后继节点
nextIndex++;
return lastReturned.item;
}
// 省略部分方法
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}- 链表的遍历从头节点往后遍历就行了。但对于 LinkedList 的遍历还是需要注意一些，不然可能会导致代码效率低下。通常情况下，我们会使用 foreach 遍历 LinkedList，而 foreach 最终转换成迭代器形式。所以分析 LinkedList 的遍历的核心就是它的迭代器实现。
4.add()方法
- LinkedList 除了实现了 List 接口相关方法，还实现了 Deque 接口的很多方法，所以我们有很多种方式插入元素。
//在链表尾部插入元素
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
//在链表指定位置插入元素
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
// 判断 index 是不是链表尾部位置，如果是，直接将元素节点插入链表尾部即可
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
//将元素节点插入到链表尾部
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
// 创建节点，并指定节点前驱为链表尾节点last，后继引用为空
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
// 将 last 引用指向新节点
last = newNode;
// 判断尾节点是否为空，为空表示当前链表还没有节点
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode; // 让原尾节点后继引用 next 指向新的尾节点
size++;
modCount++;
}
//将元素节点插入到 succ 之前的位置
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev;
// 1. 初始化节点，并指明前驱和后继节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
// 2. 将 succ 节点前驱引用 prev 指向新节点
succ.prev = newNode;
// 判断尾节点是否为空，为空表示当前链表还没有节点
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode; // 3. succ 节点前驱的后继引用指向新节点
size++;
modCount++;
}5.remove()方法
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
// 遍历链表，找到要删除的节点
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x); // 将节点从链表中移除
return true;
}
}
}
return false;
}
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
// 通过 node 方法定位节点，并调用 unlink 将节点从链表中移除
return unlink(node(index));
}
/** 将某个节点从链表中移除 */
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
// prev 为空，表明删除的是头节点
if (prev == null) {
first = next;
} else {
// 将 x 的前驱的后继指向 x 的后继
prev.next = next;
// 将 x 的前驱引用置空，断开与前驱的链接
x.prev = null;
}
// next 为空，表明删除的是尾节点
if (next == null) {
last = prev;
} else {
// 将 x 的后继的前驱指向 x 的前驱
next.prev = prev;
// 将 x 的后继引用置空，断开与后继的链接
x.next = null;
}
// 将 item 置空，方便 GC 回收
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
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